C++中單調(diào)棧的基本性質(zhì)介紹
單調(diào)棧的定義:
單調(diào)棧就是棧內(nèi)元素單調(diào)遞增或者單調(diào)遞減的棧,單調(diào)棧只能在棧頂操作。
為了更好的理解單調(diào)棧,則可將單調(diào)棧用生活情形模擬實現(xiàn),例如:
我們借用拿號排隊的場景來說明下?,F(xiàn)在有很多人在排隊買可樂,每個人手里都拿著號,越靠前的人手里的號越小,
但是號不一定是連續(xù)的。小明拿了號后并沒有去排隊,而是跑去約會了。等他回來后,發(fā)現(xiàn)隊伍已經(jīng)排得很長了,
他不能直接插入到隊伍里,不然人家以為他是來插隊的。小明只能跑到隊伍最后,挨個詢問排隊人手里的號,
小明認為號比他大的人都是“插隊”的,于是小明就會施魔法把這些人變消失,直到小明找到號比他小的為止。
在上面這個場景里,大家排的隊伍就像是單調(diào)棧,因為大家手里拿的號是單調(diào)遞增的。
而小明找自己位置的這個過程就是元素加入單調(diào)棧的過程。新加入的元素如果加到棧頂后,
如果棧里的元素不再是單調(diào)遞增了,那么我們就刪除加入前的棧頂元素,
就像小明施魔法把“插隊”的人變消失一樣。直到新元素加入后,棧依然是單調(diào)遞增時,我們才把元素加進棧里。
(這樣做的目的是“維護”單調(diào)棧,是單調(diào)棧保持原來的單調(diào)性不變)
從數(shù)組的角度闡述單調(diào)棧的性質(zhì):
給定一個包含若干個整數(shù)的數(shù)組,我們從第 1 個元素開始依次加入單調(diào)棧里,并且加入后更新單調(diào)棧。
那么單調(diào)棧有這樣的性質(zhì):對于單調(diào)遞增的棧,如果此時棧頂元素為 b,加入新元素 a 后進行更新時,
如果 a 大于 b,說明 a 在數(shù)組里不能再往左擴展了(由于單調(diào)棧的單調(diào)遞增性質(zhì),b前面的元素均小于a),
也就是說,如果從 a 在數(shù)組中的位置開始往左邊遍歷,則 a 一定是第一個比 b 大的元素;
如果 a 小于 b,說明在數(shù)組里,a 前面至少有一個元素不能擴展到 a 的位置(至少有b元素,因為b的值要大于a,如果此時再加入新的
a,那么單調(diào)棧便不再單調(diào),所以元素a此時不能壓入棧頂,因為這并不是元素a"應(yīng)該"在的位置,只有當元素a找到自己的位置時
元素a方能壓入棧中,而這樣做的前提是不改變單調(diào)棧的單調(diào)性),也就是對于這些元素來說,a 是其在數(shù)組右側(cè)第一個比它小的元素。
單調(diào)棧的維護是 O(n) 級的時間復(fù)雜度,因為所有元素只會進入棧一次,并且出棧后再也不會進棧了。
單調(diào)棧的性質(zhì):
1.單調(diào)棧里的元素具有單調(diào)性
2.元素加入棧前,會在棧頂端把破壞棧單調(diào)性的元素都刪除
3.使用單調(diào)??梢哉业皆叵蜃蟊闅v第一個比他小的元素,也可以找到元素向左遍歷第一個比他大的元素。
對于第三條性質(zhì)的解釋(最常用的性質(zhì)):
對于單調(diào)棧的第三條性質(zhì),你可能會產(chǎn)生疑問,為什么使用單調(diào)棧可以找到元素向左遍歷第一個比他大的元素,
而不是最后一個比他大的元素呢?我們可以從單調(diào)棧中元素的單調(diào)性來解釋這個問題,由于單調(diào)棧中的元素只能是單調(diào)遞增或者是單調(diào)
遞減的,所以我們可以分別討論這兩種情況(假設(shè)不存在兩個相同的元素):
1.當單調(diào)棧中的元素是單調(diào)遞增的時候,根據(jù)上面我們從數(shù)組的角度闡述單調(diào)棧的性質(zhì)的敘述,可以得出:
(1).當a > b 時,則將元素a插入棧頂,新的棧頂則為a
(2).當a < b 時,則將從當前棧頂位置向前查找(邊查找,棧頂元素邊出棧),直到找到第一個比a小的數(shù),停止查找,將元素a
插入棧頂(在當前找到的數(shù)之后,即此時元素a找到了自己的“位置”)
2.當單調(diào)棧中的元素是單調(diào)遞減的時候,則有:
(1).當a < b 時,則將元素a插入棧頂,新的棧頂則為a
(2).當a > b 時,則將從當前棧頂位置向前查找(邊查找,棧頂元素邊出棧),直到找到第一個比a大的數(shù),停止查找,將元素a
插入棧頂(在當前找到的數(shù)之后,即此時元素a找到了自己的“位置”)
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